向海水直接要?dú)洌驓湟夯到y(tǒng)提供中國(guó)“心”……

福州練好“氫”功競(jìng)逐萬(wàn)億賽道

近期，國(guó)家能源局公布第三批能源領(lǐng)域首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備名單，福大紫金氫能科技股份有限公司研制的“10千瓦級(jí)‘氨-氫’燃料電池分布式發(fā)電系統(tǒng)”成果上榜。

氫能被稱(chēng)為“21世紀(jì)的終極能源”。根據(jù)國(guó)際氫能源委員會(huì)發(fā)布的《氫能源未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)調(diào)研報(bào)告》，2050年，全球氫能源需求將增至目前的10倍，全球氫能產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值將超過(guò)2.5萬(wàn)億美元。據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì)，至2025年，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達(dá)到1萬(wàn)億元。

近年來(lái)，福州企業(yè)在制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫、用氫為主的氫能產(chǎn)業(yè)鏈上發(fā)力，氫能技術(shù)頻“出圈”。得益于榕企的探索，福州正逐步構(gòu)建氫能“制備—存儲(chǔ)—運(yùn)輸—加注—應(yīng)用”全產(chǎn)業(yè)鏈，競(jìng)逐氫能萬(wàn)億賽道。

向海要?dú)渖?jí)設(shè)備

擬明年投用

今年5月，漂浮式海上制氫平臺(tái)“東福一號(hào)”“開(kāi)”進(jìn)福清興化灣，利用無(wú)淡化海水原位直接電解制氫原理與技術(shù)，在真實(shí)海洋環(huán)境下成功制備出氫氣，破解了海水電解制氫領(lǐng)域的近半個(gè)世紀(jì)難題，實(shí)現(xiàn)了把取之不盡的海水當(dāng)純水一樣直接用于電解制氫。

“東福一號(hào)”是全球首套與可再生能源相結(jié)合的漂浮式海上制氫平臺(tái)，由中國(guó)工程院謝和平院士團(tuán)隊(duì)與東方電氣（福建）創(chuàng)新研究院有限公司（下稱(chēng)東福研究院）聯(lián)合研制。

近日，東方電氣（福建）創(chuàng)新研究院有限公司總經(jīng)理劉泰生向記者透露，升級(jí)版的無(wú)淡化海水直接電解制氫設(shè)備正在加速研發(fā)，預(yù)計(jì)明年投用。

劉泰生介紹，加氫站可以就地配套無(wú)淡化海水直接電解制氫設(shè)備，就近使用海水、自來(lái)水、生活污水作為制氫原料，利用谷值電力制取氫氣，并存儲(chǔ)到加氫站設(shè)計(jì)配備的儲(chǔ)氫裝置中供銷(xiāo)售。這種模式既省去昂貴且管制嚴(yán)格的運(yùn)氫環(huán)節(jié)，也可大幅降低氫氣成本，提升氫能交通產(chǎn)業(yè)活力。

無(wú)淡化海水原位直接電解制氫技術(shù)，還能應(yīng)用于油田采油廢水、工業(yè)廢水、火電廠廢水、城市生活廢水等領(lǐng)域。今年10月，東福研究院牽手我國(guó)最大油氣田——長(zhǎng)慶油田，把這種電解制氫技術(shù)應(yīng)用于氣田采出水，將工業(yè)廢水轉(zhuǎn)化為氫氣。

向氫液化系統(tǒng)

提供中國(guó)“心”

近年來(lái)，伴隨氫能與氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的興起，液氫相較于氣氫，在規(guī)模化發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的儲(chǔ)存、運(yùn)輸中更具明顯優(yōu)勢(shì)。

液氫是由氫氣經(jīng)過(guò)降溫而得到的液體。液氫相較于氣氫，體積大大減少，不僅方便儲(chǔ)存和運(yùn)輸，還能降低成本。但是，液氫溫度低至零下253攝氏度，對(duì)制冷技術(shù)要求極高。

榕企雪人股份突破技術(shù)壁壘，將壓縮機(jī)技術(shù)、制冷技術(shù)以及換熱技術(shù)延伸應(yīng)用在液氫以及氫能裝備領(lǐng)域，自主研發(fā)出氫氣液化用大型氦氣噴油式螺桿壓縮機(jī)組，助力我國(guó)液氫高效儲(chǔ)運(yùn)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大技術(shù)突破。

那么，這套壓縮機(jī)組如何獲得液氫？雪人股份副總經(jīng)理兼董事會(huì)秘書(shū)王青龍介紹，簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，就是先冷卻氦氣，把氦氣冷卻到低于氫氣的沸點(diǎn)，與氫氣進(jìn)行換熱，將氫氣液化。

“氦氣壓縮機(jī)作為大型低溫系統(tǒng)的核心部件之一，相當(dāng)于系統(tǒng)的心臟，其使用效率和壽命直接關(guān)系到整個(gè)大型低溫系統(tǒng)的運(yùn)行成本以及穩(wěn)定性。”王青龍告訴記者，雪人股份該項(xiàng)目成果擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，具有重要的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。

載人航天與探月工程重大專(zhuān)項(xiàng)、超導(dǎo)托卡馬克（人造小太陽(yáng)）等多項(xiàng)大科學(xué)工程必須在液氦、液氫級(jí)低溫環(huán)境下運(yùn)行。氦氣壓縮機(jī)作為大型低溫系統(tǒng)的核心部件，是實(shí)現(xiàn)大科學(xué)裝置低溫環(huán)境的主要方式。目前，由雪人股份研制的多套液氫系統(tǒng)用壓縮機(jī)組產(chǎn)品服務(wù)于航空航天液氫領(lǐng)域，應(yīng)用于國(guó)產(chǎn)的氫液化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)噸級(jí)液氫的穩(wěn)定量產(chǎn)。

目前，福州市中景石化、久策氣體等企業(yè)可有效保障氫源供應(yīng)，東方電氣、雪人股份等企業(yè)在核心零部件研發(fā)制造方面形成技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

“氨-氫”轉(zhuǎn)換

打造多個(gè)全國(guó)首創(chuàng)

文章開(kāi)頭提到的“10千瓦級(jí)‘氨-氫’燃料電池分布式發(fā)電系統(tǒng)”有啥作用？福州大學(xué)化肥催化劑國(guó)家工程研究中心教授羅宇博士介紹，其以液氨作為高效儲(chǔ)氫載體，通過(guò)低溫氨熱催化分解轉(zhuǎn)化成氫氣，進(jìn)而再通過(guò)燃料電池發(fā)電。

去年，由江莉龍研究員帶領(lǐng)的福州大學(xué)化肥催化劑國(guó)家工程研究中心研發(fā)團(tuán)隊(duì)，首創(chuàng)了常壓低溫氨分解催化劑，并開(kāi)發(fā)出“氨-氫”燃料電池系統(tǒng)。該技術(shù)解決了“氨-氫”能源轉(zhuǎn)換過(guò)程中關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)難題，是處于國(guó)際領(lǐng)先的一項(xiàng)顛覆性關(guān)鍵技術(shù)。

目前，福大紫金氫能已開(kāi)發(fā)出從3千瓦到百千瓦級(jí)的多系列“氨-氫”燃料電池分布式發(fā)電系統(tǒng)，這個(gè)技術(shù)已處于初步商業(yè)化應(yīng)用階段。例如，由福大紫金氫能開(kāi)發(fā)的國(guó)內(nèi)首座3千瓦級(jí)“氨-氫”燃料電池發(fā)電站穩(wěn)定運(yùn)行，為福建龍巖曹溪鎮(zhèn)一經(jīng)常性離網(wǎng)基站提供持續(xù)不間斷的電力保障。

氫能具有綠色、高效、無(wú)碳排放和應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但氫的運(yùn)輸和存儲(chǔ)是制約氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“痛點(diǎn)”，因此“氨”走入人們視野。“氨作為高效儲(chǔ)氫介質(zhì)，具有易液化儲(chǔ)運(yùn)、安全性高和無(wú)碳排放等優(yōu)勢(shì)。‘氨-氫’燃料電池分布式發(fā)電系統(tǒng)擁有存儲(chǔ)壓力小、發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)性低、加注時(shí)間少等天然的優(yōu)勢(shì)。”羅宇教授介紹，這樣一來(lái)，還可以通過(guò)注入液態(tài)氨，來(lái)得到氫氣。在長(zhǎng)樂(lè)的全國(guó)首座“氨現(xiàn)場(chǎng)制氫加氫一體站”便可以實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程。該一體站于去年9月建成，氫燃料電池巴士不到10分鐘便完成氫氣充注。加滿(mǎn)氫后，巴士能行駛近400公里。

“氨-氫”轉(zhuǎn)化技術(shù)有很多應(yīng)用前景。今年1月，福大紫金氫能和廈門(mén)金龍共同研發(fā)出全國(guó)首輛“氨-氫”燃料電池客車(chē)，實(shí)現(xiàn)氫能在汽車(chē)上的即產(chǎn)即用，具有“加注時(shí)間短、續(xù)航里程長(zhǎng)、安全高效、節(jié)能環(huán)保”等多重優(yōu)點(diǎn)，為“氨-氫”能源在車(chē)用燃料電池領(lǐng)域的商業(yè)化推廣，提供了一條重要的技術(shù)路徑。

基于福州大學(xué)化肥催化劑國(guó)家工程研究中心研發(fā)的“低溫低壓合成氨”和“安全低溫氨分解”兩項(xiàng)核心催化技術(shù)，福大紫金氫能開(kāi)發(fā)了氨現(xiàn)場(chǎng)制氫加氫站、分布式電站、移動(dòng)電源、車(chē)用/船用動(dòng)力及“氨-氫”燃燒內(nèi)燃機(jī)等終端產(chǎn)品，致力打通“氨-氫”能源產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)，發(fā)展安全、高效、低成本的綠色用能新模式。（記者 梁凱鴻/文 受訪者供圖）